发展中国高超风洞是郭永怀先生在20世纪60年代倡导的,希望能够走出一条具有中国特

欢欢看军事 2023-04-18 16:05:11

发展中国高超风洞是郭永怀先生在20世纪60年代倡导的,希望能够走出一条具有中国特色的道路。在1989年,俞鸿儒先生首次提出反向爆轰耦合卸爆段的概念,并且获得了风洞试验验证。从此中国高超风洞的研发有了自己的特色。2002年,姜宗林提出了激波反射型正向爆轰驱动方法;2005年姜宗林和高云亮建立了正向爆轰驱动激波膨胀增焓技术;2008年李近平和姜宗林提出了长实验时间激波风洞理论。至此,中国高超风洞有了自己的理论体系。伴随着爆轰驱动激波风洞理论的发展,中国科学院力学研究所先后建立了JF-10爆轰驱动高焓激波风洞、JF-16超速度膨胀风洞、JF-12复现风洞和JF-22超高速风洞。至此,中国高超风洞有了自己完整的技术体系。

JF12风洞项目于2008年1月启动,是8个国家重大科研装备研制项目之一,2012年5月顺利通过验收。在首批国家重大科研仪器项目的支持下,复现高超声速飞行条件激波风洞(简称JF-12复现风洞)项目采用了反向爆轰驱动耦合真空卸爆技术作为运行模式。JF-12复现风洞实现了五个关键性能指标:纯净空气、超长试验时间(>100 ms)、2.5 m喷管流场、1500~3500 K气流总温、1.5~3.0 km/s气流速率。JF-12复现风洞是国际首座能够复现高超声速飞行条件的激波风洞,覆盖了马赫数5~9、高度25~50 km之间的高超声速飞行器的飞行走廊。作为以吸气式高超声速飞行器为主要应用背景的实验平台,大大提升了对于具有分子振动激发、氧气解离的高超声速流动和超声速燃烧的研究能力。

2018年,在国家自然科学基金委国家重大科研仪器研制项目的支持下,正向爆轰驱动超高速高焓激波风洞(简称JF-22超高速风洞)研制项目采用了激波反射型正向爆轰驱动方法。以FDC驱动技术为核心,建立了完整的超高速风洞技术体系,并于2021年底,顺利完成风洞安装,开始了性能调试。JF-22超高速风洞是国际首座超大型正向爆轰驱动超高声速风洞。该风洞实现了四个性能指标:纯净空气;高总温,可达3000~10000 K;高总压力,可达5~50 MPa;2~40 ms的试验时间。JF-22超高速风洞还配备了三个直径2.5 m的喷管,能够按激波反射和激波膨胀两个模式运行,产生的实验气流能够覆盖飞行速度3~10 km/s、飞行高度40~90 km的飞行走廊。JF-22超高速风洞的驱动能力之强,马赫数范围之广,实验气流速度之高,在国际高超声速风洞中在绝无仅有。

在中国高超风洞的六十多年的研发过程中,我国科学家提出了系统的爆轰驱动超高速风洞理论。该理论包含了反向爆轰耦合真空卸爆概念、激波反射型正向爆轰驱动方法、长试验时间激波风洞理论。中国高超风洞基于爆轰现象的基本原理,解决了来自高超声速工程的需求,获得了工程实践的验证。中国高超风洞理论在国际上独树一帜,形成了重要影响,占据领先地位。基于中国高超风洞理论,我国建立了完整的超高速风洞技术体系,研制成功了国际领先的高超声速地面试验平台,该平台包括JF-12 复现风洞和JF-22超高速风洞。中国高超风洞能够产生2.5 m的喷管流场,覆盖1.5~10 km/s飞行速度和30~90 km的飞行高度,取得了1500~11000 K的实验气流总温。中国高超风洞解决了困扰高超声速地面试验六十年的难题,实现了风洞试验状态从“流动状态模拟”到“飞行状态复现”的跨越,引领了国际先进风洞技术的发展。JF-12复现风洞的十年应用,揭示了风洞实验相似模拟准则的局限性、真实气体效应规律、高温边界层发展与转捩机制,驻定斜爆轰稳定性及其在高超声速流动的作用机制和演化规律。中国高超风洞不仅推动了高超声速飞行技术的验证,同时也促进了气体动力学学科的创新。我国著名的空气动力学家,张涵信先生评述说:“创新理论,成功实践,中国制造,世界领先”。

姜宗林. 中国高超风洞的理论创新与工程实践[J]. 工程研究——跨学科视野中的工程, 2022. DOI: 10.3724/j.issn.1674-4969.22061501

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